Skip to main content

Article Category

Story

Article available in the folowing languages:

Prezentacje projektów - Zaawansowane technologie radiowe na rzecz lepszej łączności 4G

Jeśli żyjecie Państwo w którymś z kilkunastu europejskich krajów, w których wdrożono sieci komórkowe 4G, to być może nabyliście telefon obsługujący te technologie, z nadzieją na czerpanie korzyści z bardzo dużych szybkości transmisji danych, reklamowanych przez Waszego operatora. Usługi 4G z pewnością stanowią duży krok naprzód w stosunku do swego poprzednika, technologii 3G, jednak jakość transmisji oferowana poszczególnym użytkownikom jest bardzo zróżnicowania. Naukowcy finansowani ze środków UE próbują stawić czoła powyższemu wyzwaniu.

Gospodarka cyfrowa

"Długoterminowa ewolucja" ('Long-Term Evolution' - LTE), to jeden z najnowszych, komercyjnych standardów łączności bezprzewodowej o dużej przepustowości, bazujących na technologiach GSM/EDGE oraz UMTS/HSPA. Oprócz szeregu ulepszeń sieci szkieletowej oraz zwiększonej funkcjonalności, główną zaletą LTE jest zwiększona pojemność sieci oraz wyższe prędkości transmisji danych. Teoretycznie technologia LTE pozwala pobierać dane z prędkością do 300 Mbps oraz wysyłać je z prędkością do 75 Mbps, czyli około 10 razy szybciej, niż ma to miejsce w przypadku jej poprzednika - technologii 3G. Obecnie operatorzy nie twierdzą co prawda, że ich sieci pozwalają osiągać tak wysokie przepustowości w warunkach rzeczywistych, jednak obiecują klientom dużą poprawę w stosunku do technologii 3G. I chociaż część klientów faktycznie korzysta z wyższych prędkości transmisji, nie jest tak w przypadku każdego. "Reklamowana prędkość transmisji to tak naprawdę prędkość szczytowa, możliwa do osiągnięcia wyłącznie, gdy znajdujemy się tuż obok stacji bazowej, sygnał nie jest zakłócony oraz nikt inny nie korzysta z sieci, co jest praktycznie niemożliwe w warunkach rzeczywistych", tłumaczy Alexandre Gouraud, kierownik projektów badawczo-rozwojowych w Laboratorium Interfejsów Bezprzewodowych firmy Orange (Francja). "W przypadku typowych użytkowników prędkości transmisji są znacznie niższe, a najniższe wartości obserwują użytkownicy zlokalizowani w pobliżu granicy komórki". Gouraud podkreśla, że każda zmiana wersji lub generacji technologii komórkowej wiąże się z około dziesięciokrotną różnicą pomiędzy szczytowymi wartościami przepustowości ('preak data rates') a wartościami średnimi, obserwowanymi na całym obszarze komórki (obszarze obsługiwanym przez pojedynczą stację bazową). Co więcej, średnia prędkość transferu jest zwykle około 10 razy większa, niż prędkość obserwowana przez użytkowników zlokalizowanych w pobliżu granicy danej komórki. W przypadku standardu LTE przyczynę powyższego stanu rzeczy należy częściowo upatrywać w rywalizacji pomiędzy LTE a WiMAX o status nowej technologii szybkiej transmisji danych, w wyniku której twórcy rozwiązań skupili się na szczytowych prędkościach transmisji. "Wygranie powyższej batalii wiązało się z zaoferowaniem najwyższej przepustowości, dlatego skupiono się na prędkości szczytowej, w dużym stopniu ignorując wartości rejestrowane na granicy komórek", zauważa Gouraud. "Oczywiście dla operatorów nie jest to sytuacja korzystna, gdyż niektórzy klienci będą mieć do czynienia ze słabym zasięgiem, a tym samym znacznie niższymi od reklamowanych prędkościami transmisji". By sprostać powyższemu wyzwaniu oraz zagwarantować wysoką jakość usług wszystkim użytkownikom LTE, firma Orange nawiązała współpracę z czternastoma partnerami, w tym operatorami telekomunikacyjnymi, producentami urządzeń oraz instytutami badawczymi, w celu opracowania i przetestowania technik pozwalających zwiększyć wydajność sieci w pobliżu granicy komórek. Powyższe prace, realizowane w ramach projektu o nazwie "Zaawansowane technologie eliminowania interferencji radiowych w systemach 4G" ('Advanced radio interface technologies for 4G systems' - Artist4G), wspartego przez Komisję Europejską kwotą 8,7 milionów euro, polegają po części na uaktualnieniu standardu LTE, a ich wyniki z pewnością już niedługo znajdą zastosowanie komercyjne. Skupiając się na interferencjach Członkowie zespołu, któremu przewodzi Gouraud, skupili się na dwóch kluczowych aspektach sieci komórkowych: zmniejszaniu interferencji oraz zaawansowanych technikach przekazywania sygnału. "Istnieje kilka sposobów poprawy jakości transmisji w pobliżu granicy komórek. Jednym z nich jest zwiększenie gęstości sieci poprzez instalowanie nowych anten i zmniejszanie rozmiaru komórek, jednak takie rozwiązanie jest kosztowne. Alternatywne podejście polega na eliminowaniu interferencji", tłumaczy kierownik techniczny projektu Artist4G. Interferencje w sieciach komórkowych można porównać do hałasu ludzkich rozmów na przyjęciu. Wiele dyskusji prowadzonych jednocześnie może utrudniać skupienie się na rozmowie z drugą osobą i zrozumienie jej. Gdyby jednak dało się zidentyfikować te "obce" rozmowy i oddzielić je od dialogu, w który jesteśmy zaangażowani, to można by je "wytłumić". W dużym uproszczeniu właśnie takie podejście do tłumienia interferencji po stronie odbiornika obrali uczestnicy projektu Artist4G. Powyższe prace powinny poprawić jakość transmisji oraz zasięg. Chociaż współczesne sieci komórkowe projektowane są w oparciu o "ortogonalność", która stanowi połączenie greckich słów "prosty" oraz "kąt", oznaczającą unikanie nakładania się na siebie fal, w rzeczywistości przesyłane sygnały zawsze wpływają na siebie nawzajem, co skutkuje interferencjami. Chociaż interferencje można w dużym stopniu eliminować po stronie nadajnika, niezbędne jest także likwidowanie ich po stronie odbiornika. "W praktyce ortogonalność tak naprawdę nie istnieje, zawsze mamy do czynienia z interferencjami. Dlatego zamiast projektować sieci w oparciu o sygnały ortogonalne, uwzględniamy występowanie interferencji. Jeśli przyjmiemy takie założenie, to możemy poradzić sobie z interferencjami po stronie odbiornika, wdrażając w obrębie systemu transmisyjnego technologie, które pozwolą je eliminować", tłumaczy Gouraud. Jednym z rozwiązań opracowanych przez uczestników inicjatywy Artist4G jest platforma pozwalająca poprawiać skuteczność "rozpraszania geograficznego transmisji" ('Coordinated multipoint transmission' - CoMP) oraz technologii "wielu wejść i wielu wyjść" ('Multiple-input and multiple-output' - MIMO), dzięki zastosowaniu kilku anten, obsługujących użytkowników znajdującyh się w pobliżu granicy komórki, wykorzystując dwie lub więcej stacje bazowe. Uczestnicy projektu pracowali ponadto nad odbiornikami iteracyjnymi, dekodującymi zarówno sygnał bazowy, jak i interferencje, a także tłumiącymi je. Zespół projektowy zaprezentował także formowanie wiązki 3D, w obrębie której sygnał jest nadawany w kierunku odbiornika nie tylko w płaszczyźnie poziomej, ale także pionowej, co radykalnie obniża interferencje. W zakresie przekazywania sygnału uczestnicy projektu pracowali nad mobilnymi przekaźnikami poprawiającymi zasięg, które mogą być instalowane na dachach samochodów lub autobusów, a także nad tak zwanymi przekaźnikami typu 2, które wzmacniają sygnał pochodzący ze stacji bazowych, odzwierciedlając ich funkcjonowanie, a jednocześnie umożliwiając lepszą kontrolę zasobów, niż ma to miejsce w przypadku przekaźników typu 1. "Stworzyliśmy prototypowe urządzenia, a także przeprowadziliśmy zakrojone na szeroką skalę testy terenowe, w ramach których wykorzystaliśmy 15 stacji bazowych, zlokalizowanych w Dreźnie. Część opracowanych przez nas technologii zaprezentowaliśmy ponadto podczas Światowego Kongresu ds. Technologii Bezprzewodowych 2012 ('Mobile World Congress'), który odbył się w Barcelonie", tłumaczy Gouraud. "Uzyskane przez nas wyniki są bardzo obiecujące". Kierownik projektu podkreśla, że uczestnicy inicjatywy zgłosili około 150 poprawek do opracowywanej obecnie wersji standardu LTE, a wiele z odkrytych przez nich rozwiązań prawdopodobnie znajdzie zastosowanie komercyjne. "Partnerzy projektu korzystają wewnętrznie z wyników naszych prac, a obecnie planujemy rozpoczęcie projektu stanowiącego kontynuację prac badawczych zrealizowanych w ramach inicjatywy Artist4G", twierdzi Gouraud. Projekt Artist4G uzyskał wsparcie finansowe w ramach Siódmego Programu Ramowego UE (7PR). Odnośnik do projektu na stronie CORDIS: - informacje na temat 7PR w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu Artist4G w bazie danych CORDIS Odnośnik do strony internetowej projektu: - strona internetowa projektu "Zaawansowane technologie eliminowania interferencji radiowych w systemach 4G" - 'Advanced radio interface technologies for 4G systems' Pozostałe odnośniki: - strona internetowa Agendy Cyfrowej Komisji Europejskiej